新型粮食湿度测试仪

　　粮食(如小麦、玉米、稻谷等)湿度测量的基本方法是烘箱干燥法.完成一次测量需要数小时，因而不适于要求快速测量(如收购粮食)的场合.通常利用电子测量仪器实现快速测量.本文介绍一种直流电阻式新型粮食湿度测试仪.

　　1设计思想及系统组成

　　(1)设计思想。实验研究证明:粮食的等效电阻一湿度特性与硅PN结的等效电阻一电压特性十分相似，近似呈现对数关系，即

　　式中:Rx为粮食的等效电阻;Kl为与粮食种类有关的比例系数.实验研究还发现:粮食的等效电阻一温度特性与PN结的正向电压一温度特性十分相似.基于上述实验结果，采用具有高温度稳定性的对数放大器，将粮食等效电阻进行电阻/电压转换，获得与粮食等效电阻R，成比例的电压信号，再利用PN结正向电压的负温度特性进行自动温度补偿.使测试仪在工作范围(一10℃~50℃)内，显示读数只与湿度有关而与环境温度无关.

　　INTEL8031单片微机控制功能强且价格低廉，因而构成以8031单片机为核心的A/D转换和输出单元能提高性能价格比.

　　(2)系统组成。系统由传感器、模拟信号处理单元、A/D转换单元、输出单元及电源电路构成(图1).电源电路提供士5V及+12V的稳定直流电压.

　　2传感器

　　图1中传感器是具有固定压力的压碎式电极，能同时进行粮食试料的粉碎和压缩，使试料较准确地等效为被测试电阻R二.电极结构如图2所示.

　　3模拟信号处理单元

　　模拟信号处理单元的电原理图如图3所示.图中R，表示由电极得到的被测试料的等效电阻.图4是反复实验测出的粮食试料(小麦)的湿度(%)一等效电阻Rx关系曲线.由图4可见，在一定湿度范围(约10%~20%)内，粮食湿度与其等效电阻近似呈对数关系.因而电路设计中采用对数放大器进行电阻/电压变换.

　　3.1对数放大器

　　图3中，A1、A2、R1、R2、R3、R4、C1、C2、T1、T2构成高温度稳定性的对数放大器·其中C1、C2起相位补偿作用，TI、T2选用参数相近的三极管，以克服反流电流随温度变化而引起的测量误差.Rx的一端接运放Al的反相端，另一端接+12V，因此流经R二的电流为Ix=12V/Rx.对数放大器的输出电压为

　　式中:K2为比例常数，I _R4为流过R4的电流.

　　3.2自动温度补偿

　　自动温度补偿电路由图3中的D1、R7、R8构成.其中二极管D1处于正向偏置.由于PN结的正向偏压具有负温度系数，在士100℃范围内具有良好的线性.测湿仪工作时，若环境温度升高，则试料等效自阻R二减小，引起显示读数增大;与此同时，Dl的正向压降随温度的升高减小，引起显示读数减小;二者相加，使显示读数不随温度变化.实际应用时，可通过调整R7的阻值改变补偿量的大小.